DE102017004167B4

DE102017004167B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer beliebigen Tiefe insbesondere zur Probenahme aus Grundwasser - Bohrlöchern

Info

Publication number: DE102017004167B4
Application number: DE102017004167.9A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: WALZ KARL HEINZ
Current assignee: WALZ KARL HEINZ
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: DE102017004167A1

Abstract

Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit (2) in beliebiger Tiefe, vorzugsweise von mehr als 10 Metern, mittels einer in die Probenflüssigkeit (2) absenkbaren druckluftbetätigten Flüssigkeitspumpe (6) zur Entnahme von Probenflüssigkeit (2), wobei ein oberhalb der Probenflüssigkeit (2) angeordneter Probeaufnahmebehälter (7) zum Speichern einer bestimmten Menge von Probenflüssigkeit (2) als abzufüllende Probe und eine entfernt von der Flüssigkeitspumpe (6) oberhalb der Probenflüssigkeit (2) angeordnete steuerbare Druckluftquelle (11) zum Betrieb der Flüssigkeitspumpe (6) verwendet wird, und wobei Druckluft über eine mit der Druckluftquelle (11) verbundene Luftleitung (10) in eine Pumpenkammer (8) der Flüssigkeitspumpe (6) eingeleitet, in die Probenflüssigkeit (2) über ein druckabhängig arbeitendes Einlassventil (14) eingelassen und die in der Pumpenkammer (8) befindliche Probenflüssigkeit (2) durch die Druckluft aus der Pumpenkammer (8) verdrängt und in eine mit dem Probeaufnahmebehälter (7) verbundene Steigleitung (13) für die Probenflüssigkeit (2) gepresst wird, wobei ein nahe dem Probeaufnahmebehälter (7) angeordnetes Mess-/Steuerteil (19) zur Mengenbestimmung der Probe und zur Steuerung der steuerbaren Druckluftquelle (11) verwendet wird, mit den folgenden Schritten:
- Schritt A:
Belüften der Pumpenkammer (8), wobei Probenflüssigkeit (2) über das druckabhängig arbeitende Einlassventil (14) in die Pumpenkammer (8) eingelassen wird,
- Schritt B:
Einschalten der Druckluftquelle (11) und Einleiten von Druckluft mit einem frei wählbaren ersten Kompressionsdruck in die Pumpenkammer (8), wodurch Probenflüssigkeit (2) aus der Pumpenkammer (8) in die Steigleitung (13) bis zu einer von dem ersten Kompressionsdruck bestimmten Höhe gepresst und die Pumpenkammer (8) dabei zumindest teilweise entleert wird,
- Schritt C:
Abschalten der Druckluftquelle (11) und Belüften der Pumpenkammer (8), wobei die Steigleitung (13) vor dem Belüften unten mittels eines vorgesehenen Rückschlagventils (15) verschlossen wird, sodass die in der Steigleitung (13) befindliche Probenflüssigkeit (2) erhalten bleibt, und beim darauffolgenden Belüften erneut Probenflüssigkeit (2) über das druckabhängig arbeitende Einlassventil (14) in die Pumpenkammer (8) eingelassen wird,
- Schritt D:
Einschalten der Druckluftquelle (11) und Einleiten von Druckluft mit einem frei bestimmbaren zweiten Kompressionsdruck in die Pumpenkammer (8), wobei der zweite Kompressionsdruck höher ist als der erste Kompressionsdruck, wodurch Probenflüssigkeit (2) aus der Pumpenkammer (8) in die Steigleitung (13) bis zu einer von dem zweiten Kompressionsdruck bestimmten Höhe gepresst und die Pumpenkammer (8) dabei zumindest teilweise entleert wird,
- Schritt E:
Wiederholen der Schritte C und D bis die Durchflussmessung (21) Probenflüssigkeit erkennt und der Durchfluss in der Steigleitung (13) gemessen wird. Danach erfolgt eine weitere Erhöhung des Kompressionsdruckes, bis das über den Druckanstieg in der Steigleitung gemessene Fördervolumen und das nachfolgend über die Durchflussmessung gemessene Volumen in der Summe ein Volumen ergeben das einer zumindest teilweisen Entleerung der Pumpenkammer entspricht.
- Schritt F:
Abschalten der Druckluftquelle (11) und Belüften der Pumpenkammer (8), wobei die Steigleitung (13) vor dem Belüften unten mittels eines vorgesehenen Rückschlagventils (15) verschlossen wird, sodass die in der Steigleitung (13) befindliche Probenflüssigkeit (2) erhalten bleibt, und beim darauffolgenden Belüften erneut Probenflüssigkeit (2) über das druckabhängig arbeitende Einlassventil (17) in die Pumpenkammer (8) eingelassen wird,
- Schritt G:
Erhöhung des Kompressionsdruckes so lange bis die Durchflussmessung (21) eine frei einstellbare Durchflussmenge gemessen hat und die Pumpenkammer (8) dabei zumindest teilweise entleert wird.
Die Schritte F und G werden so lange wiederholt bis die gewünschte Probenmenge über die Durchflussmessung (21) festgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit in beliebiger Tiefe (vorzugsweise von mehr als 10 m), mittels einer in die Probenflüssigkeit absenkbaren druckluftbetätigten Flüssigkeitspumpe zur Entnahme von Proben Flüssigkeit, wobei eine entfernt von der Flüssigkeitspumpe oberhalb der Probenflüssigkeit angeordnete steuerbare Druckluftquelle zum Betrieb der Flüssigkeitspumpe verwendet wird. Entnahmegeräte für Flüssigkeitsproben, beispielsweise von Wasserproben, sind an sich bekannt und werden in verschiedensten Ausführungsformen für die unterschiedlichsten Überwachungsaufgaben eingesetzt. Sie werden unter anderem zur Entnahme von Wasserproben aus Flüssen, Seen, Brauchwasser- und Abwasseranlagen, Kläranlagen, Brunnen oder Bohrlöchern verwendet. Die entnommenen Flüssigkeitsproben werden anschließend zur Kontrolle ihrer Beschaffenheit in der Regel biologisch, chemisch und/oder physikalisch untersucht. Häufig werden solche Flüssigkeitsproben nicht nur einmalig, sondern wiederholend genommen.
Für die Probenahme aus Bohrlöchern sind verschiedene Systeme bekannt. Da die meisten Bohrlöcher nur einen Durchmesser von etwa 2" haben sind die Fördereinrichtungen auf dieses Maß abgestimmt. Bekannte Probenahmegeräte für Bohrlöcher fördern die Probenflüssigkeit je nach zu überwindender Förderhöhe entweder mit Unterdruck (Saugsysteme) oder mit Überdruck (Drucksysteme). Es ist dem Fachmann bekannt, dass Flüssigkeiten durch Saugen nicht beliebig hoch gefördert werden können. Dies ist darin begründet, dass die Flüssigkeit nicht durch den beim Saugen in der Ansaugleitung aufgebauten Unterdruck nach oben gesaugt, sondern vielmehr durch den an der Vorratsmenge der Probenflüssigkeit anstehenden, gegenüber dem Unterdruck höheren Atmosphärendruck in der Saugleitung nach oben gedrückt wird. Je nach Größe der Differenz zwischen dem Unterdruck in der Saugleitung und dem Atmosphärendruck wird die Flüssigkeit dabei unterschiedlich weit hochgedrückt. Die theoretisch maximal mögliche Saughöhe, die auch als geodätische Saughöhe bezeichnet wird, liegt beispielsweise für Wasser bei ca. 10 m. Abhängig vom momentanen Luftdruck. Um Wasser auf größere Höhen zu heben, d. h. um Wasserproben aus einem Wasserreservoir in beliebiger Tiefe, vorzugsweise von mehr als 10 m, entnehmen zu können, muss daher die Pumpe als Druckpumpe ausgeführt sein. Beispielhaft wird auf die Offenlegungsschrift DD 220 121 A1 verwiesen.
Die Schrift DD 220 121 A1 offenbart eine Einrichtung zur Wasserförderung für die Probenentnahme aus einem Grundwasserbeobachtungsbrunnen mit beliebiger Wassertiefe, wobei ein mit einem Seil in den Brunnen abgesenkter Ventilkörper, in dem sich durch einen federbelasteten Kolben voneinander getrennt ein Arbeitsraum und ein Förderraum befinden, mit einer außerhalb des Brunnens aufgestellten Impulspumpe über eine Impulsschlauchleitung und mit der Probenahmestelle über eine Förderschlauchleitung verbunden ist. Am Arbeitsraum des Ventilkörpers sind ein Saugventil und ein Anschluss für die Impulsschlauchleitung angeordnet. Über das Saugventil kann Wasser aus dem Brunnen in den Förderraum strömen. Am Förderraum des Ventilkörpers sind außerdem ein Druckventil und ein Anschluss für die Förderschlaucheinleitung angeordnet. An den Förderraum ist oberhalb des Druckventils die Förderschlauchleitung angeschlossen. Die Impulspumpe ist mit drei Absperrventilen, einem Druckventil, einem Einfülltrichter und einem Druckmanometer ausgestattet. Für den Vorgang der Wasserförderung, d. h. der Probenentnahme, mit der bekannten Einrichtung müssen der Arbeitsraum des Ventilkörpers, die Impulsschlauchleitung und die Impulspumpe vollständig mit Wasser gefüllt werden. Dieses in sich abgeschlossene System muss außerdem permanent unter einem Überdruck stehen, der den Kolben und die Feder des Ventilkörpers belastet und das Saugventil des Arbeitsraumes geschlossen hält.
Des Weiteren sind elektrisch betriebene Pumpen bekannt, die z.B. mit Laufrädern (Fliehkraftprinzip) mit hoher Drehzahl die Probenflüssigkeit fördern. Diese Systeme haben verschiedene Nachteile:

- Sie sind sehr teuer, da eine aufwändige Frequenzumrichtung zum Erreichen der hohen Drehzahl benötigt wird.
- Die Pumpe wird durch die hohe Drehzahl warm, was die Probenqualität verändern kann.
- Die komplette Einrichtung ist umfangreich, voluminös und schwer.

Außerdem sind Verdrängerpumpen bekannt bei denen Probenflüssigkeit in einen Hohlkörper einströmt und dann durch Beaufschlagen mit Druckluft in einer Steigleitung nach oben gefördert wird. Diese Verdrängerpumpen arbeiten entweder mit direkt in den Hohlkörper eingeleiteter Druckluft, oder der Hohlkörper hat eine innenliegende Blase in die die Probeflüssigkeit einströmt und die Druckluft wird zwischen Hohlkörper und Blase eingeleitet, was dazu führt, dass die Blase komprimiert wird und die Probenflüssigkeit in der Steigleitung nach oben gefördert wird. Beide Systeme sind relativ einfach, arbeiten aber wenig effektiv, da die Zyklussteuerung (Druckbeaufschlagung/Belüftung) in der Regel nur zeitabhängig und mit einem fest eingestellten Druck arbeitet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit vorzuschlagen, die mit einem vereinfachten Verfahren und einer robusten und kostengünstigen Vorrichtung die Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit in beliebiger Tiefe, vorzugsweise von mehr als 10 m, problemlos ermöglicht. Dabei soll das Anheben von Probenflüssigkeit von der lokalen Probenahmestelle nach oben zu dem Probenahmebehälter hin so effektiv wie möglich durchgeführt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Entnahmen von Probenflüssigkeit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Probenahme mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den jeweils rückbezogenen Patentansprüchen zu entnehmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit aus jeder beliebigen Tiefe mittels einer in die Probenflüssigkeit absenkbaren druckluftbetätigten Flüssigkeitspumpe zur Entnahme von Probenflüssigkeit ist ein oberhalb der Probenflüssigkeit angeordneter Probeaufnahmebehälter zum Speichern einer bestimmten Menge von Probenflüssigkeit als abzufüllende Probe und eine entfernt von der Flüssigkeitspumpe oberhalb der Probenflüssigkeit angeordnete steuerbare Druckluftquelle zum Betrieb der Flüssigkeitspumpe vorgesehen. Dazu wird Druckluft über eine mit der Druckluftquelle verbundene Luftleitung in eine Pumpenkammer der Flüssigkeitspumpe eingeleitet, in die Probenflüssigkeit über ein druckabhängig arbeitendes Einlassventil in die Pumpenkammer eingelassen wird und die in der Pumpenkammer befindliche Flüssigkeit durch die Druckluft aus der Pumpenkammer verdrängt und in eine mit dem Probeaufnahmebehälter verbundene Steigleitung für die Probenflüssigkeit gepresst wird. Dabei wird ein nahe dem Probeaufnahmebehälter angeordnetes Mess-/Steuerteil zur Mengenbestimmung der Probe und zur Steuerung der steuerbaren Druckluftquelle verwendet. Dieses Mess-/Steuerteil besteht aus einer Druckmessung in der Druckluftleitung und einer Volumenmessung in der Steigleitung nahe dem Probeaufnahmebehälter.
Im Einzelnen werden dabei die folgenden Schritte durchgeführt:

In einem ersten Schritt A wird die Pumpenkammer belüftet, wobei Probenflüssigkeit über das druckabhängig arbeitende Einlassventil in die Pumpenkammer eingelassen wird. Das Belüften der Pumpenkammer erfolgt über die Luftleitung an der Druckluftquelle.
In einem zweiten, darauffolgenden Schritt B wird die Druckluftquelle eingeschaltet und Druckluft über die Luftleitung mit einem frei wählbaren ersten Kompressionsdruck in die Pumpenkammer eingeleitet. Dabei wird Probenflüssigkeit aus der Pumpenkammer, die in Schritt A in die Pumpenkammer eingetreten ist, aus der Pumpenkammer in die Steigleitung bis zu einer von dem ersten Kompressionsdruck bestimmten Höhe gepresst und dabei die Pumpenkammer zumindest teilweise, vorzugsweise fast vollständig entleert.
In einem darauffolgenden weiteren Schritt C wird zunächst die Druckluftquelle abgeschaltet und dann die Pumpenkammer erneut belüftet, wobei zuvor die Steigleitung vor dem Belüften unten mittels eines vorgesehenen Rückschlagventils verschlossen wird, so dass die in der Steigleitung befindliche Probenflüssigkeit erhalten bleibt. Das Rückschlagventil schließt selbstständig und wird durch die in der Steigleitung befindliche Probenflüssigkeit zusätzlich druckbeaufschlagt. Geöffnet wird das Rückschlagventil durch den Kompressionsdruck von in die Pumpenkammer eingeleiteter Druckluft, wenn der anstehende Kompressionsdruck den hydrostatischen Druck der Probenflüssigkeit in der Steigleitung übersteigt, wobei die Druckluft die in die Pumpenkammer eingelassene Probenflüssigkeit druckbeaufschlagt und die Probenflüssigkeit auf das Rückschlagventil pumpenkammerseitig einwirkt. Nachdem das Rückschlagventil geschlossen ist, wird anschließend beim Belüften der Pumpenkammer und der Luftleitung erneut Probenflüssigkeit über das druckabhängig arbeitende Einlassventil in die Pumpenkammer eingelassen. Das druckabhängig arbeitende Einlassventil schließt und öffnet selbstständig, abhängig von der Druckdifferenz innerhalb und außerhalb der Pumpenkammer.
In einem weiteren darauffolgenden Schritt D wird die Druckluftquelle erneut eingeschaltet und damit Druckluft mit einem frei bestimmbaren zweiten Kompressionsdruck in die Pumpenkammer eingeleitet. Dabei ist der zweite Kompressionsdruck höher als der erste Kompressionsdruck, wodurch Probenflüssigkeit aus der Pumpenkammer in die Steigleitung bis zu einer von dem zweiten Kompressionsdruck bestimmten Höhe gepresst und die Pumpenkammer dabei zumindest teilweise, vorzugsweise fast vollständig entleert wird.

Die Schritte C und D werden wiederholt. Dabei wird der Kompressionsdruck der Druckluft jeweils um einen beliebig festlegbaren gleichbleibenden Betrag erhöht.
Dadurch wird weitere Probenflüssigkeit aus der Pumpenkammer in die Steigleitung gepresst und damit die Höhe der Probenflüssigkeit in der Steigleitung jeweils weiter entsprechend dem jeweiligen Kompressionsdruck erhöht, so lange bis die Durchflussmessung in der Steuerleitung Probenflüssigkeit erkennt. Über den Anstieg des Kompressionsdrucks bis zum Erkennen der Probenflüssigkeit durch die Durchflussmessung wird errechnet wieviel Probenflüssigkeit bis zu diesem Zeitpunkt im aktuellen Schritt D aus der Pumpenkammer in die Steigleitung gepresst wurde. Danach wird der Kompressionsdruck weiter erhöht, bis das über den Anstieg des Kompressionsdrucks bis zum Erkennen der Probenflüssigkeit durch die Durchflussmessung errechnete Volumen und das danach über die Durchflussmessung ermittelte Volumen in der Summe so viel Volumen ergeben, dass die Pumpenkammer zumindest teilweise, vorzugsweise fast vollständig entleert wird. Danach wird der Schritt C wiederholt. In einem darauffolgenden Schritt E wird die Druckluftquelle erneut eingeschaltet und damit Druckluft mit einem frei bestimmbaren letzten Kompressionsdruck in die Pumpenkammer eingeleitet, wodurch Probenflüssigkeit aus der Pumpenkammer in die Steigleitung gepresst wird bis die Durchflussmessung ein frei bestimmbares Volumen gemessen hat und die Pumpenkammer dabei zumindest teilweise, vorzugsweise fast vollständig entleert wird.
Die Schritte C und E werden so lange wiederholt, bis die Durchflussmessung in der Summe ein frei einstellbares Probenflüssigkeitsvolumen gemessen hat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kompressionsdruck der Druckluft ausgehend von dem ersten Kompressionsdruck jeweils um den gleichen Betrag erhöht. Damit wird bewirkt, dass bei dem Schritt D, der einmalig oder mehrmals hintereinander ausgeführt wird, das Niveau der Probenflüssigkeit in der Steigleitung jeweils um den gleichen Wert ansteigt.
Vorzugsweise entspricht die Erhöhung des Kompressionsdruckes der Druckluft bei dem jeweiligen Schritt D dem ersten Kompressionsdruck aus Schritt B. Damit ist die Erhöhung des Kompressionsdrucks bei allen aufeinander folgenden Pumpschritten identisch, was die Steuerung der Druckluftquelle vereinfacht.
Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen den an sich frei einstellbaren ersten Kompressionsdruck für den Schritt B, bzw. die jeweilige Erhöhung des Kompressionsdrucks für die folgenden Schritte D so zu wählen, dass die Pumpenkammer nahezu leergedrückt wird. Beispiel: Die Pumpenkammer hat ein Volumen von 1.000 ml. Die Probenförderleitung (Steigleitung) hat einen Innendurchmesser von 11 mm. Es sollen je Pumpzyklus 950 ml Flüssigkeit gefördert werden. 950 ml ergeben im Förderschlauch eine Wassersäule von etwa 10 m. Somit muss für den Schritt B ein Kompressionsdruck von 1,0 bar eingestellt werden. Für die nachfolgenden Schritte D ist der Kompressionsdruck jeweils um eben diesen Betrag (1,0 bar) zu erhöhen. Hierbei ist es wichtig, dass die Pumpenkammer nicht vollständig leergepresst wird, da sonst die Gefahr besteht, dass Luft in die Förderleitung eingepresst wird was die Qualität der geförderten Flüssigkeit verändern kann (z.B. durch Sauerstoffeintrag). Somit ist gewährleistet, dass die Pumpenkammer bei jedem Pumpschritt nahezu vollständig entleert wird und der Pumpvorgang damit besonders effektiv ist. Zudem ist sichergestellt, dass die Probe nicht durch Lufteintrag verfälscht wird. Dabei wird die Flüssigkeitspumpe vorzugsweise senkrecht aufstehend in der Probenflüssigkeit angeordnet.
Die erfindungsgemäße Probenahmevorrichtung ist für eine Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit in beliebiger Tiefe, vorzugsweise von mehr als 10 m vorgesehen. Mit ihr kann das vorstehend beschriebene Entnahmeverfahren durchgeführt werden. Die Probenahmevorrichtung weist eine in die Probenflüssigkeit absenkbare druckluftbetätigte Flüssigkeitspumpe zur Entnahme von Probenflüssigkeit und einen oberhalb der Probenflüssigkeit angeordneten Probeaufnahmebehälter zum Speichern einer bestimmten Menge von Probenflüssigkeit als abzufüllende Probe auf. Dabei weist die Flüssigkeitspumpe eine Pumpenkammer mit einer Anschlussstelle für eine Luftleitung auf, die mit einer entfernt angeordneten steuerbaren Druckluftquelle verbunden ist. Die Anschlussstelle für die Luftleitung ist rückschlagventilfrei ausgeführt. Beabstandet von der Anschlussstelle für die Luftleitung weist die Pumpenkammer eine Anschlussstelle für eine Steigleitung für die zu fördernde Probenflüssigkeit auf, die mit dem Probeaufnahmebehälter direkt oder indirekt verbunden ist. An der Anschlussstelle für die Steigleitung ist ein Rückschlagventil für die von der in die Pumpenkammer eingetretenen Druckluft in die Steigleitung gepresste Probenflüssigkeit angeordnet. Das Rückschlagventil verhindert, dass in der Steigleitung befindliche Probenflüssigkeit beim Belüften der Pumpenkammer der Flüssigkeitspumpe in die Pumpenkammer zurückfließt. Die Pumpenkammer weist zudem ein druckabhängig arbeitendes Einlassventil für den Eintritt von Probenflüssigkeit in die Pumpenkammer auf. Das Einlassventil öffnet selbständig, wenn die Pumpenkammer belüftet ist, und schließt selbständig, wenn die Pumpenkammer druckluftbeaufschlagt ist. Somit kann Probenflüssigkeit nur von außen nach innen in die Pumpenkammer der Flüssigkeitspumpe strömen. Ein Verdrängen von Probenflüssigkeit bei Druckbeaufschlagung in umgekehrter Richtung nach außen ist nicht möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Probenahmevorrichtung ist ein Innenvolumen der Pumpenkammer derart gewählt, dass es mindestens einem Innenvolumen eines vorgegebenen Längenabschnittes der Steigleitung, vorzugsweise von 10 m der Steigleitung entspricht. Vorzugsweise ist die Flüssigkeitspumpe senkrecht aufstehend in der Probenflüssigkeit angeordnet. Zweckmäßigerweise ragt bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung ein unteres Ende der Steigleitung als Steigrohr in die Pumpenkammer hinein und erstreckt sich vorzugsweise bis annähernd zu einem gegenüberliegenden Boden der Pumpenkammer. Vorteilhafterweise sind dabei die Anschlussstelle für die Luftleitung und die Anschlussstelle für die Steigleitung oben an einer Decke der Pumpenkammer, d. h. dem Boden der Pumpenkammer gegenüberliegend angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Zeichnung 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Probenahmevorrichtung in schematischer Darstellung im Einsatz in einem wassergefüllten Bohrloch, d. h. als Bohrlochprobennehmer.
Die in der Figur dargestellte Probenahmevorrichtung 1 ist für die Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit 2 in beliebiger Tiefe, vorzugsweise von mehr als 10 m vorgesehen. Die Probenflüssigkeit 2 ist beispielsweise Wasser, das in einem Bohrloch 3 steht. Die Probenflüssigkeit 2 füllt das Bohrloch 3 nur teilweise bis zu einem Probenflüssigkeitsniveau 4. Das Probenflüssigkeitsniveau 4 liegt mehr als 10 m unterhalb einer Erdbodenoberfläche 5, von der aus das Bohrloch 3 eingebracht ist. Die Probenahmevorrichtung 1 weist eine in die Probenflüssigkeit 2 absenkbare druckluftbetätigte Flüssigkeitspumpe 6 zur Entnahme von Probenflüssigkeit 2 auf sowie einen oberhalb der Probenflüssigkeit 2 und der Erdbodenoberfläche 5 angeordneten Probeaufnahmebehälter 7 zum Speichern einer bestimmten Menge von Probenflüssigkeit 2 als abzufüllende Probe auf. Die Flüssigkeitspumpe 6 ist senkrecht aufrechtstehend in der in dem Bohrloch 3 befindlichen Probenflüssigkeit 2 angeordnet. Sie weist eine Pumpenkammer 8 auf, mit einer Anschlussstelle 9 für eine Luftleitung 10, die mit einer entfernt auf der Erdbodenoberfläche 5 angeordneten steuerbaren Druckluftquelle 11 verbunden ist. Neben der Anschlussstelle 9 der Luftleitung 10 ist beabstandet eine Anschlussstelle 12 für eine Steigleitung 13 für Probenflüssigkeit 2 angeordnet, die mit dem Probeaufnahmebehälter 7 verbunden ist.
Die Pumpenkammer 8 weist zudem ein druckabhängig arbeitendes Einlassventil 14 für das gesteuerte Einströmen von Probenflüssigkeit 2 in die Pumpenkammer 8 auf, sowie ein Rückschlagventil 15, das an der Steigleitung 13 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 15 ist in dem Ausführungsbeispiel an einem unteren Ende der Steigleitung 13 positioniert, das als Steigrohr 16 in die Pumpenkammer 8 hineinragt. Das Steigrohr 16 erstreckt sich von einer Decke 17 der Pumpenkammer 8 bis annähernd zu einem gegenüberliegenden Boden 18 der Pumpenkammer 8. Die Anschlussstelle 9 für die Luftleitung 10 sowie die Anschlussstelle 12 für die Steigleitung 13 sind an der Decke 17 der Pumpenkammer 8 angeordnet. Das Einlassventil 14 für den Eintritt von Probenflüssigkeit 2 in die Pumpenkammer 8 ist in dem Ausführungsbeispiel an dem Boden 18 der Pumpenkammer 8 ausgebildet.
Nahe dem Probeaufnahmebehälter 7 ist auf der Erdbodenoberfläche 5 ein Mess-/Steuerteil 19 angeordnet. Dieses Mess-/Steuerteil enthält ein Steuerventil 22 zur Druck/Belüftung-Umschaltung, ein Druckmessgerät 20 zur Messung des Kompressionsdrucks in der Luftleitung 10 und ein Durchflussmessgerät 21 in der Steigleitung 13 zur Messung des Wasserdurchflusses sobald die Flüssigkeit das Durchflussmessgerät 21 erreicht hat. Die Luftleitung 10 ist rückschlagventilfrei von der Druckluftquelle 11 zu der Anschlussstelle 9 für die Luftleitung 10 geführt. Die Druckluftquelle 11 weist eine Druckmesseinrichtung 20 auf, die zusammen mit dem Mess-/Steuerteil 19 und der Durchflussmessung 21 die Druckluftquelle 11 steuert. Die Druckluftquelle 11 weist zudem noch ein Schaltventil 22 zum Belüften der Luftleitung 10 und der Pumpenkammer 8 auf.
Beim Eintauchen der Flüssigkeitspumpe 6 unter das Probenflüssigkeitsniveau 4 der Probenflüssigkeit 2 im Bohrloch 3 füllt sich die Pumpenkammer 8 über das Einlassventil 14 automatisch mit Probenflüssigkeit 2. Das Steuerventil 22 ist hierbei auf Belüftung geschaltet. Dann wird das Steuerventil 22 auf Druck geschaltet und die Druckluftquelle 11 eingeschaltet, bis mit der Druckmesseinrichtung 20 vorzugsweise ein Druck von 100.000 Pa (1,0 bar) gemessen wird. Dies bedeutet, dass die Probenflüssigkeit 2 aus der Pumpenkammer 8 über das Steigrohr 16 etwa 10 m hoch über das Flüssigkeitsniveau 4 in die Steigleitung 13 gedrückt wird. Dabei ist die Größe der Pumpenkammer 8 im Hinblick auf die Steigleitung 13 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass die Pumpenkammer 8 bei einem Pumpzyklus fast vollständig entleert wird. Die Pumpenkammer 8 wird dann über die Luftleitung 10 und das Steuerventil 22 wieder belüftet, so dass erneut Probenflüssigkeit 2 in die Pumpenkammer 8 über das Einlassventil 14 einströmen kann. Ein Rückfluss der bereits in der Steigleitung 13 befindlichen Probenflüssigkeit 2 wird durch das Rückschlagventil 15 unten an der Steigleitung 13 verhindert.
Danach erfolgt ein weiterer Pumpzyklus wie vorstehend beschrieben, jedoch bis zu einem Druck von vorzugsweise 200.000 Pa (2,0 bar), da ja noch eine Säule von Probenflüssigkeit 2, die eine Höhe von etwa 10 m aufweist, in der Steigleitung 13 steht. Dieser weitere Pumpzyklus bewirkt, dass nochmals die gleiche Menge an Probenflüssigkeit 2 in die Steigleitung 13 gedrückt wird, wobei die Pumpenkammer 8 wiederum fast vollständig entleert wird. Sobald die Durchflussmessung 21 Probenflüssigkeit 2 erkennt wird der Durchfluss gemessen. Über die Druckmessung wird dabei errechnet, wieviel Wassermenge im aktuellen Pumpzyklus bis zum Ansprechen der Durchflussmessung 21 schon gefördert wurde. Mithilfe der Durchflussmessung wird danach das noch fehlende Volumen gemessen und nach Erreichen des Sollwertes (im genannten Beispiel 950 ml) der Pumpzyklus abgeschaltet und die Pumpenkammer belüftet. Das Volumen des Probeaufnahmebehälters 7 umfasst ein Vielfaches des Volumens der Pumpenkammer 8. Damit sind immer eine Anzahl von Pumpzyklen notwendig, um den Probeaufnahmebehälter 7 vollständig mit Probenflüssigkeit 2 zu füllen. Nachdem die Durchflussmessung 21 Probenflüssigkeit 2 detektiert hat, wird der Kompressionsdruck beim nächsten Pumpzyklus so lange erhöht, bis die Durchflussmessung 21 einen weiteren Durchfluss mit dem eingestellten Sollwert (im genannten Beispiel 950 ml) gemessen hat. Somit kann über das Mess/Steuerteil der Pumpvorgang für die Probenahme komplett automatisiert werden. Auch die gewünschte Gesamt-Fördermenge in den Probeaufnahmebehälter 7 kann somit vorgegeben werden.

Claims

Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit (2) in beliebiger Tiefe, vorzugsweise von mehr als 10 Metern, mittels einer in die Probenflüssigkeit (2) absenkbaren druckluftbetätigten Flüssigkeitspumpe (6) zur Entnahme von Probenflüssigkeit (2), wobei ein oberhalb der Probenflüssigkeit (2) angeordneter Probeaufnahmebehälter (7) zum Speichern einer bestimmten Menge von Probenflüssigkeit (2) als abzufüllende Probe und eine entfernt von der Flüssigkeitspumpe (6) oberhalb der Probenflüssigkeit (2) angeordnete steuerbare Druckluftquelle (11) zum Betrieb der Flüssigkeitspumpe (6) verwendet wird, und wobei Druckluft über eine mit der Druckluftquelle (11) verbundene Luftleitung (10) in eine Pumpenkammer (8) der Flüssigkeitspumpe (6) eingeleitet, in die Probenflüssigkeit (2) über ein druckabhängig arbeitendes Einlassventil (14) eingelassen und die in der Pumpenkammer (8) befindliche Probenflüssigkeit (2) durch die Druckluft aus der Pumpenkammer (8) verdrängt und in eine mit dem Probeaufnahmebehälter (7) verbundene Steigleitung (13) für die Probenflüssigkeit (2) gepresst wird, wobei ein nahe dem Probeaufnahmebehälter (7) angeordnetes Mess-/Steuerteil (19) zur Mengenbestimmung der Probe und zur Steuerung der steuerbaren Druckluftquelle (11) verwendet wird, mit den folgenden Schritten: - Schritt A: Belüften der Pumpenkammer (8), wobei Probenflüssigkeit (2) über das druckabhängig arbeitende Einlassventil (14) in die Pumpenkammer (8) eingelassen wird, - Schritt B: Einschalten der Druckluftquelle (11) und Einleiten von Druckluft mit einem frei wählbaren ersten Kompressionsdruck in die Pumpenkammer (8), wodurch Probenflüssigkeit (2) aus der Pumpenkammer (8) in die Steigleitung (13) bis zu einer von dem ersten Kompressionsdruck bestimmten Höhe gepresst und die Pumpenkammer (8) dabei zumindest teilweise entleert wird, - Schritt C: Abschalten der Druckluftquelle (11) und Belüften der Pumpenkammer (8), wobei die Steigleitung (13) vor dem Belüften unten mittels eines vorgesehenen Rückschlagventils (15) verschlossen wird, sodass die in der Steigleitung (13) befindliche Probenflüssigkeit (2) erhalten bleibt, und beim darauffolgenden Belüften erneut Probenflüssigkeit (2) über das druckabhängig arbeitende Einlassventil (14) in die Pumpenkammer (8) eingelassen wird, - Schritt D: Einschalten der Druckluftquelle (11) und Einleiten von Druckluft mit einem frei bestimmbaren zweiten Kompressionsdruck in die Pumpenkammer (8), wobei der zweite Kompressionsdruck höher ist als der erste Kompressionsdruck, wodurch Probenflüssigkeit (2) aus der Pumpenkammer (8) in die Steigleitung (13) bis zu einer von dem zweiten Kompressionsdruck bestimmten Höhe gepresst und die Pumpenkammer (8) dabei zumindest teilweise entleert wird, - Schritt E: Wiederholen der Schritte C und D bis die Durchflussmessung (21) Probenflüssigkeit erkennt und der Durchfluss in der Steigleitung (13) gemessen wird. Danach erfolgt eine weitere Erhöhung des Kompressionsdruckes, bis das über den Druckanstieg in der Steigleitung gemessene Fördervolumen und das nachfolgend über die Durchflussmessung gemessene Volumen in der Summe ein Volumen ergeben das einer zumindest teilweisen Entleerung der Pumpenkammer entspricht. - Schritt F: Abschalten der Druckluftquelle (11) und Belüften der Pumpenkammer (8), wobei die Steigleitung (13) vor dem Belüften unten mittels eines vorgesehenen Rückschlagventils (15) verschlossen wird, sodass die in der Steigleitung (13) befindliche Probenflüssigkeit (2) erhalten bleibt, und beim darauffolgenden Belüften erneut Probenflüssigkeit (2) über das druckabhängig arbeitende Einlassventil (17) in die Pumpenkammer (8) eingelassen wird, - Schritt G: Erhöhung des Kompressionsdruckes so lange bis die Durchflussmessung (21) eine frei einstellbare Durchflussmenge gemessen hat und die Pumpenkammer (8) dabei zumindest teilweise entleert wird. Die Schritte F und G werden so lange wiederholt bis die gewünschte Probenmenge über die Durchflussmessung (21) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsdruck der Druckluft ausgehend von dem ersten Kompressionsdruck jeweils um den gleichen Betrag erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Kompressionsdruckes der Druckluft dem ersten Kompressionsdruck entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen der Pumpenkammer (8) derart gewählt wird, dass es mindestens einem Innenvolumen eines vorgegebenen Längenabschnittes der Steigleitung (13), vorzugsweise von 10 m, entspricht.
Verfahren nach Anspruch einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe (6) senkrecht aufrechtstehend in der Probenflüssigkeit angeordnet wird.
Probenahmevorrichtung (1) für eine Entnahme von Flüssigkeitsproben aus einer Probenflüssigkeit (2) in beliebiger Tiefe, vorzugsweise von mehr als 10 Metern, unter Anwendung des Entnahmeverfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, mit einer in die Probenflüssigkeit (2) absenkbaren druckluftbetätigten Flüssigkeitspumpe (6) zur Entnahme von Probenflüssigkeit (2) und mit einem oberhalb der Probenflüssigkeit (2) angeordneten Probeaufnahmebehälter (7) zum Speichern einer bestimmten Menge von Probenflüssigkeit (2) als abzufüllende Probe, wobei eine Pumpenkammer (8) der Flüssigkeitspumpe (6) eine Anschlussstelle (9) für eine Luftleitung (10), die mit einer entfernt angeordneten steuerbaren Druckluftquelle (11) verbunden ist, und beabstandet davon eine Anschlussstelle (12) für eine Steigleitung (13) für Probenflüssigkeit (2), die mit dem Probeaufnahmebehälter (7) verbunden ist, aufweist und wobei die Pumpenkammer (8) ein druckabhängig arbeitendes Einlassventil (14) für die Probenflüssigkeit (2) aufweist, sowie mit einem nahe dem Probeaufnahmebehälter (7) angeordneten Mess-/Steuerteil (19) zur Durchflussmessung der Probenflüssigkeit und zur Druckbestimmung in der Steigleitung, wobei die Anschlussstelle (9) für die Luftleitung (10) rückschlagventilfrei ausgebildet und an der Anschlussstelle (12) für die Steigleitung (13) ein Rückschlagventil (15) für die von der in die Pumpenkammer (8) eingetretenen Druckluft in die Steigleitung (13) gepresste Probenflüssigkeit (2) angeordnet ist.
Probenahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenvolumen der Pumpenkammer (8) mindestens einem Innenvolumen eines vorgegebenen Längenabschnittes der Steigleitung, vorzugsweise von 10 m, entspricht.
Probenahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenkammer (8) eine Blase aufweist die als Trennung zwischen Druckluft und Probenflüssigkeit dient
Probenahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leerpressen der Pumpenkammer (8) mit anderen komprimierten Gasen als mit Luft geschieht.
Probenahmevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe (6) senkrecht aufrechtstehend in der Probenflüssigkeit angeordnet ist.
Probenahmevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein unteres Ende der Steigleitung (13) als Steigrohr (16) in die Pumpenkammer (8) hineinragt und sich vorzugweise bis annähernd zu einem gegenüberliegenden Boden (18) der Pumpenkammer (8) erstreckt.
Probenahmevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstelle (9) für die Luftleitung (10) und die Anschlussstelle (12) für die Steigleitung (13) oben an einer Decke (17) der Pumpenkammer (8) angeordnet sind.